耕作措施與秸稈還田對麥田土壤腐殖質、鐵氧化物及小麥產量的影響研究

摘要：探究耕作措施與秸稈還田對土壤腐殖質、鐵氧化物及小麥產量的影響。試驗在保護性耕作長期定位試驗地進行，采用裂區(qū)設計。主區(qū)設免耕、深松兩種耕作措施，副區(qū)設秸稈全量還田、秸稈不還田兩種水平。共設計免耕秸稈還田（NTs）、免耕秸稈不還田（NT0）、深松秸稈還田（STs）和深松秸稈不還田（ST0）4種處理。采用冬小麥（濟麥22）—夏玉米（鄭單958）一年兩熟種植制度。結果表明，深松秸稈還田增加了土壤有機質的含量、小麥穗數及千粒質量，提高了腐殖質富里酸的含量及小麥產量，減少了游離態(tài)鐵氧化物的含量，增強了對土壤有機碳的固定。

關鍵詞：耕作； 秸稈還田； 土壤腐殖質； 鐵氧化物； 小麥產量

中圖分類號：S34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0018-03

土壤是生態(tài)系統(tǒng)中的重要部分，傳統(tǒng)耕作方式對土壤的擾動過于頻繁，不利于土壤有機碳的存儲，而保護性耕作可以提高土壤的碳儲量，減少碳排放[1]。保護性耕作是一項可持續(xù)農業(yè)技術，以少免耕和作物殘茬覆蓋地表為主要特點，已為我國農業(yè)生產帶來了顯著的經濟、環(huán)境和社會效益。在我國農業(yè)生產大規(guī)模、高效率、智能化發(fā)展的背景下，推動保護性耕作的深化發(fā)展有利于耕地保護、藏糧于地、藏糧于技等國家戰(zhàn)略的實施[2]。秸稈還田能夠減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤蓄水保墑能力，減少土壤鹽堿化，增加土壤肥力。秸稈作為植物殘體，含有大量的氮、磷、鉀等農作物生長所需的營養(yǎng)元素[3]。秸稈還田后通過增加土壤的固碳儲量來提高土壤肥力，有利于促進土壤團聚體的形成[4]。鐵氧化物和溶液相亞鐵常在厭氧土壤環(huán)境中共存。鐵氧化物能夠加快亞鐵的氧化速率，且控制亞鐵氧化成礦產物的類型。同時，亞鐵與鐵氧化物組成的系統(tǒng)是一種良好的還原劑，能夠有效還原重金屬并降解有機污染物[5]。研究在保護性耕作長期試驗地進行，通過分析來明確土壤腐殖質、土壤團聚體及產量之間的關系，同時為推廣保護性耕作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在山東省泰安市山東農業(yè)大學農學實驗站的長期定位試驗地進行（始于2002年），地理位置為36° 09'30.78″ ～36° 09'27.59″ N、117° 09'13.79″ ～117°09'12.02″ E，屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，光照充足。主區(qū)設免耕、深松兩種耕作措施，副區(qū)設秸稈全量還田、秸稈不還田兩種水平，共設計免耕秸稈還田（NTs）、免耕秸稈不還田（NT0）、深松秸稈還田（STs）和深松秸稈不還田（ST0）4 種處理，3 次重復。小區(qū)面積15 m×4 m。

試驗采用冬小麥（濟麥22）—夏玉米（鄭單958）一年兩熟種植制度，各處理采取統(tǒng)一田間管理，每年10 月播種小麥，播種量為105 kg/hm2，基施純N 為120 kg/hm2，P2O5 為150 kg/hm2，K2O 為105 kg/hm2，各處理在拔節(jié)期統(tǒng)一追施純N為120 kg/hm2；玉米于每年6 月播種，密度為67 500 株/hm2，基施純N 為120 kg/hm2，P2O5 為90 kg/hm2，K2O 為90 kg/hm2，大喇叭口期追施純N為120 kg/hm2。

2021年種植的冬小麥在拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期按照“S”形五點取樣法用土鉆取0～100 cm土層土樣，每10 cm為一層，自然風干后研磨過60目篩，再進行相關指標測定。隨機選取5株小麥，分為葉片、莖稈、果穗，在108 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至質量恒定，再稱其質量。

土壤腐殖質組分采用腐殖質組成修改法提取[6]。鐵氧化物中游離態(tài)氧化鐵（Fed）采用DCB法提取，無定形氧化鐵（Feo）采用草酸銨法提取，絡合態(tài)氧化鐵（Fep）用pH 值為8.5的焦磷酸鈉提取[7-8]。小麥成熟期選取1 m2區(qū)域來統(tǒng)計穗數；隨機選取20穗測定穗粒數；籽粒含水量為13%時測定千粒質量。

1.2 數據統(tǒng)計與分析

采用Excel 2016軟件對原始數據進行整理，利用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan's法進行多重比較。Plt;0.05 表示差異顯著。利用SigmaPlot10.0軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 耕作措施與秸稈還田對腐殖質的影響

耕作措施與秸稈還田對小麥季0～40 cm土壤富里酸含量的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，小麥拔節(jié)期、開花期、灌漿期及成熟期4個時期內的土壤富里酸含量均表現為隨著土壤層次的增加而降低的趨勢。拔節(jié)期0～10 cm土層，NTs 土壤富里酸含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），10～40 cm土層，STs土壤富里酸含量均顯著高于其他處理（Plt;0.05）；開花期0～40 cm土層，STs土壤富里酸含量均顯著高于其他處理（Plt;0.05）；灌漿期0～40 cm土層，STs土壤富里酸含量均高于其他處理（Plt;0.05）；成熟期0～30 cm土層，NTs土壤富里酸含量均顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm 土層STs，土壤富里酸含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）。

2.2 耕作措施與秸稈還田對鐵氧化物的影響

耕作措施與秸稈還田對小麥季游離態(tài)氧化鐵含量的影響如圖2所示。

由圖2可以看出，小麥拔節(jié)期0～30 cm土層，NT0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm土層，ST0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）；開花期0～10 cm土層，NTs游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），10～20 cm 土層，ST0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm土層，STs、NTs游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）；灌漿期0～20 cm土層，NT0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm土層，STs 游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）；成熟期0～20 cm土層，NTs游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），20～30 cm土層，NT0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm 土層，NT0、ST0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）。

2.3 耕作措施與秸稈還田對小麥產量的影響

耕作措施與秸稈還田對2021年小麥產量的影響見表1。

由表1可知，STs顯著提高了小麥穗數，比NTs提高了38.42%；STs與NTs均提高了小麥千粒質量；各處理的小麥產量表現為STsgt;ST0gt;NTsgt;NT0，STs顯著提高了小麥產量，比NTs提高了23.52%。

3 討論

深松處理與免耕處理均增加了富里酸含量，秸稈還田對提升土壤有機碳及腐殖酸類物質含量、增加腐殖化程度及加強土壤供肥能力的作用最佳[9]。有研究表明，0～40 cm耕層中SS和NT的土壤有機碳含量分別增加了25.40% 和66.91%，這與試驗結果一致[10]。

秸稈還田降低了游離態(tài)鐵氧化物的含量，可能因為秸稈還田產生的有機物質抑制了游離態(tài)鐵氧化物的產生[11]。30～40 cm土層深松秸稈還田處理的游離態(tài)鐵氧化物含量遠高于免耕秸稈還田處理，可能因為游離態(tài)鐵氧化物與土壤微團聚體的形成有關[12]。

秸稈還田一方面增加了土壤有機質和小麥的肥力利用效率，另一方面改善了土壤理化性質，有利于養(yǎng)分運輸[13]。深松打破了犁底層，有利于養(yǎng)分交換，既增厚了土層，又增加了土壤孔隙度，促進了大團聚體的產生，從而有利于增加小麥產量[4]。

4 結論

深松秸稈還田增加了土壤有機質含量、小麥穗數及千粒質量，提高了腐殖質富里酸含量及小麥產量，減少了游離態(tài)鐵氧化物含量，增強了對土壤中有機碳的固定。

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基金項目：山東省重點研發(fā)計劃項目（2021CXGC010804）